高速公路隧道低壓配電系統與照明系統故障分析及解決措施

劉 金

(遼寧省交通科學研究院有限責任公司 沈陽市 110015)

高速公路隧道情況復雜，項目管控壓力大，近年來國內高速公路隧道事故多發，多與隧道內低壓配電與照明設施有關，雖然按照交通部要求開展定期檢測，但仍存在著不同程度的安全隱患。

1 隧道機電系統特征

高速公路隧道機電系統的運行狀況，特別是高速公路隧道照明及低壓配電設施能否發揮其應有的作用，直接影響高速公路隧道內行車安全，通過日常巡查和檢修，可以及時發現隱患，預防隧道事故，減少經濟損失，為高速公路行車安全及持續運營提供保障。

高速公路隧道機電設施具有以下五個特點：

(1)設備涉及范圍較廣，為確保高速公路的安全運行，機電設備種類多樣，給設備的管理與養護工作帶來一定的困難。

(2)設備運行成本高，隧道機電設施的日常管理與養護工作需要投入大量的人力資源與財力資源。

(3)對設備安裝、操作的技術水平要求高。

(4)機電設施系統結構復雜。

(5)高速公路隧道機電設施系統技術含量高。

為確保高速公路正常運營，需要采取相應的措施對隧道機電系統進行管理與養護。

隧道機電各分項問題整改前后檢測數量對比見圖1。

圖1 隧道機電各分項問題整改前后檢測數量對比

2 系統故障與解決措施

2.1 系統故障問題

2.1.1低壓配電設施

低壓配電設施是隧道機電系統重要組成部分，目前隧道低壓配電設施存在以下問題：

(1)發電機自啟動轉換功能缺失導致當市電停電時無法及時向隧道機電設備進行供電。僅憑EPS供電的應急燈無法滿足隧道內照度要求，構成較大安全隱患。

(2)變電所電纜井及隧道電纜溝內電纜預留空間較少，電纜井內有積水，電纜使用年限較長，出現部分老化情況，易發生火災；外場設備電纜缺少標識，線纜布線混亂，影響日后的維修改造工作[1]。

UPS電源的設計目的在于當市電停止時，保證隧道內機電設備不間斷供電，若發生火災，一旦低壓配電與照明設施失效，將造成嚴重后果。

2.1.2照明設施

目前隧道照明設施狀況存在以下方面問題：

(1)燈具短路故障、斷路故障、燈具設備損壞，造成照明燈具功能缺失。

(2)照明燈具老化，光衰較大，造成隧道內照度值不符合安全規范要求。

上述問題導致隧道內照度值偏低，路面視認效果不良，在車輛高速運行情況下，駕駛人對現場路面的視認情況受到一定影響，存在重大安全風險。隧道照明設施狀況直接影響隧道安全程度，需要通過持續性檢測和維修，提高隧道照明設施完好率[2]。

2.2 故障原因分析

2.2.1低壓配電設施

低壓配電設施是由一個或多個低壓開關與相關的測量、控制、保護和信號等輔助元器件組成，其可能出現故障如下：

(1)斷路器不能合閘

斷路器不能合閘的原因歸結如下：進線端沒有電源，而斷路器帶有欠壓線圈；先前跳閘可能是過載或出線側短路故障引起的，而脫扣器動作后沒有及時地復位；塑殼斷路器的操作機構損壞等。可采取如下排除措施：在斷路器開斷短路電路的過程中，從進線端恢復電壓，同時進行手柄復位，再進行合閘；對脫扣原因進行查明、排除故障、手柄復位后合閘；更換操作機構后再進行合閘。

(2)斷路器跳閘

①若機械設備工作情況正常，檢查跳閘設定電流是否正確，跳閘部件是否移動變形，觸點是否燒蝕，螺釘是否松動，斷路器是否老化，線路之間是否有短路點和漏電等。

②檢測運轉電流和機械設備啟動是否在正常范圍內，檢查機械設備是否工作正常，若不正常，再對機械設備運轉情況進行檢測，檢查是否因為卡滯導致電動機運轉受阻。

(3)電容器數值變化不對

①電網負荷為滯后狀態，補償器卻顯示超前，或顯示滯后，但電容器在投入工作后的數值不增反減，這是由于電壓與電流信號的相位不對造成的。

②電網負荷為滯后狀態，補償器也顯示滯后，但電容器在投入工作后數值只隨負荷變化而變化，這是因為在沒有經過電流取樣互感器的情況下，投切電容器產生電流造成的，需要對電力信號調頻濾波，匹配濾波后的線性調頻信號見圖2。

圖2 隧道低壓配電設施濾波調頻信號

2.2.2照明設施

隧道照明系統故障主要有線路故障和燈具損壞、老化等，造成隧道內照明燈具照度不足，構成安全隱患。具體情況如下：

(1)線路故障

線路故障包括線路短路和斷路，電路中發生短路故障的表現為電氣線路往往由于短路、過載運行、接觸電阻過大等原因，產生電火花、電弧或引起電線、電纜過熱，極易造成火災。

短路一般有相間短路和對地短路兩種。相線之間相碰叫相間短路，相線與地線相碰，或相線與接地導體相碰，或相線與大地直接相碰叫做對地短路。

①使用絕緣導線、電纜時，沒有按具體環境選用，使導線的絕緣受高溫、潮濕或腐蝕等作用的影響而失去絕緣能力。

②線路年久失修、絕緣層陳舊老化或受損，導致線芯裸露。

③電源過電壓導致導線絕緣被擊穿。

④用金屬線捆扎絕緣導線或把絕緣導線掛在釘子上，日久磨損或生銹腐蝕導致絕緣受到破壞。

⑤裸導線安裝太低，搬運金屬物件時不慎碰在電線上；金屬構件搭落或小動物跨接在電線上。

⑥安裝修理人員接錯線路，或帶電作業時造成人為碰線短路。

⑦不按規程要求私接亂拉，管理不善，維護不當造成短路。

(2)燈具自身照度不足

照度不足的原因如下：內部分隧道建設時間較長，燈具安裝時間跨度較長，燈泡光衰嚴重；燈具臟污。通過收集近幾年隧道照明LED燈具亮度檢測數據，換算成光通量參數，最后繪制出光通量維持率隨燈具老化時間的變化曲線，如圖3。

圖3 光通量-燈具老化時變化曲線圖

目前仍存在部分隧道照明燈具故障及隧道部分設備電纜老化等安全隱患，不容忽視，需盡早排查整改。

2.3 解決措施

定期確認隧道機電系統中亮度探測器和電力探測器的傳感能力及子系統之間的協調能力，確保系統的安全保障能力和操作能力是完整的，需在以下幾個方面加強管理力度：

(1)細致檢查

電子工程設備的安裝范圍為除基礎以外部分，確保電子工程設備的安裝質量是質量監控的關鍵，電纜、配電設施等工藝措施是技術專業性評估的內容，應定期進行設備的安裝、調試和檢查，避免發生泄漏、電路老化和其他問題，有必要結合設備存在的問題制定對策，加強監督，有效地保證機電設備的運行可靠性和安全性。

(2)深入排查

不同專業系統工作需由不同專業技術人員負責，檢測技術人員應具備相應資質并持證上崗。通過深入排查隧道機電系統，分析系統運行質量，提出整改建議及措施；確定故障出現的位置及原因、檢測信息系統中數據傳輸的質量、檢測照明系統亮度及衰減，檢測供電系統的供電質量等。

(3)健康檢測

結合近年來全國隧道重大安全事故以及隧道機電系統檢測問題，針對消防與救援設施功能缺失、照明設施損壞等重大安全隱患，通過委托第三方檢測單位每年一次甚至多次的巡查，科學嚴謹、公正客觀地反映問題，做到防患于未然。

3 總結

對隧道機電系統中的低壓配電設施和照明設施進行具體分析有利于準確排查系統故障，并在第一時間對其采取針對性處理措施，可為高速公路隧道后期維護及改造工作提供參考依據。我們要不斷完善機電系統建設標準體系，創新科學檢測方法，拓寬服務平臺，提升服務能力，為高速公路高質量運營提供技術保障。